주조용 저융점 금속:특성 및 응용

작성자:Emily Newton

2024년 12월 18일 2026년 3월 30일 업데이트

약 10분 읽기 20,237 조회수

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얼마나 더워요? 저융점 금속에 대한 표준 정의는 없지만 대부분의 금속이 1,000°F(537°C) 이상에서 녹는다는 점을 고려하면 스토브 위에서나 심지어 사람의 손에서도 분해되는 금속은 확실히 독특합니다. 이러한 금속과 그 합금은 특히 공융 혼합물을 형성할 때 주조에 적합합니다.

저융점 금속

녹는점이 가장 낮은 금속은 -38°F(-39°C)에서 수은이며 실온에서 액체입니다. 대조적으로, 텅스텐은 녹는점이 가장 높으며 6,191°F(3,422°C)에서만 액화됩니다. 녹는점이 가장 낮은 15가지 금속은 다음과 같습니다:

수은: -38°F(-39°C)에서 녹음
프랑슘: 27°C(81°F)에서 녹음
세슘: 28°C(82°F)에서 녹습니다
갈륨: 30°C(86°F)에서 녹음
루비듐: 40°C(104°F)에서 녹습니다
칼륨: 63°C(145°F)에서 녹음
나트륨: 98°C(208°F)에서 녹음
인듐: 157°C(315°F)에서 녹음
리튬: 180°C(356°F)에서 녹음
주석: 450°F(232°C)에서 녹음
폴로늄: 254°C(489°F)에서 녹음
비스무트: 520°F(271°C)에서 녹음
탈륨: 579°F(304°C)에서 녹음
카드뮴: 610°F(321°C)에서 녹음
리드: 621°F(327°C)에서 녹음

이러한 저융점 금속 중 다수는 일반적으로 가용성 합금을 구성합니다. 그러나 모두 캐스팅에 적합한 것은 아닙니다.

주조용 저융점 금속의 품질

폴로늄이나 프란슘과 같은 일부 금속은 방사성이 매우 높습니다. 수은과 납은 독성이 있으며 많은 주조 용도에 사용하기에는 너무 위험합니다. 따라서 금속의 녹는점이 낮다고 해서 주조에 유용한 것은 아닙니다.

주조용 저융점 금속의 유용한 특성 중 일부는 응용 분야에 따라 높은 융해 엔탈피, 낮은 부피 변화, 높은 열 전도성 및 낮은 습윤성을 포함할 수 있습니다. 사람들이 일반적으로 주조용 금속에서 중요하게 생각하는 다른 특성으로는 높은 확산성, 높은 내식성 및 낮은 가연성이 있습니다. 금속 조각품이나 자동차 부품에 불이 붙기를 바라는 사람은 거의 없습니다.

많은 합금의 또 다른 유용한 화학적 특성은 공융이라는 것입니다. 이러한 품질은 결합 시 개별 구성 요소의 융점보다 융점이 낮다는 것을 의미합니다. 예를 들어, 마취제인 리도카인과 프릴로카인은 모두 실온에서 고체이지만 결합하면 녹는점이 16°C(61°F)인 액체를 형성합니다.

공융 금속 합금은 개별 구성 요소보다 용해하는 데 더 적은 에너지가 필요하기 때문에 주조에 유용합니다. 이는 금형에 붓기 위해 준비하는 데 필요한 시간, 비용 및 연료가 줄어드는 것을 의미합니다.

주조용 저융점 금속의 종류

저융점 합금은 일반적으로 다음 범주에 속합니다:

알칼리 금속만으로 구성된 합금으로 쉽게 절단되는 무른 금속입니다.
수은과 알칼리 금속을 제외한 갈륨 함유 합금
일부 산업 응용 분야를 위한 수은 함유 합금
주석, 납, 비스무트, 인듐, 카드뮴, 아연 또는 탈륨 합금

또한 갈륨은 독성과 융점이 낮기 때문에 자체적으로 주조에 사용할 수 있습니다. 일부 화학자들은 의심하지 않는 손님에게 갈륨 스푼으로 차를 제공함으로써 장난을 칩니다. 뜨거운 액체와 접촉하면 즉시 녹습니다. 갈륨은 또한 접촉 시 알루미늄 및 구리와 같은 다른 많은 금속을 파괴합니다.

저융점 합금의 예

저온에서 녹는 많은 가용성 합금에는 특정 이름이나 특허가 있습니다.

필드의 메탈

이 무독성 합금은 62°C(144°F)에서 녹습니다. Field의 금속에는 비스무트 32.5%, 인듐 51%, 주석 16.5%가 포함되어 있습니다. Itl은 일반적으로 Wood의 금속이나 Rose의 금속보다 가격이 비싸지만 신속한 프로토타입 제작과 소규모 다이캐스팅에 유용합니다. 평균보다 낮은 녹는점에도 불구하고 액체 Field의 금속과 접촉하면 3도 화상을 입을 수 있습니다.

로즈메탈

주조에 유용한 이 가용성 합금은 비스무트 50%, 납 25~28%, 주석 22~25%로 만들어집니다. 로즈의 금속을 섭취하는 것은 납 함량으로 인해 독성이 있습니다. 녹는점은 약 212°F(100°C)입니다. 많은 사람들이 이를 파이프 충진재와 주철 난간의 납땜으로 사용합니다.

우드의 메탈

이 공융 합금은 근처에 닿거나 숨을 쉴 때 독성이 있지만 맞춤형 금속 부품을 주조하는 데 유용합니다. 어떤 사람들은 이를 사용하여 복제하기 어려운 키의 금속 상감이나 주조를 만듭니다. 이 합금은 질량 기준으로 비스무트 50%, 납 26.7%, 주석 13.3%, 카드뮴 10%로 구성됩니다. 70°C(158°F)에서 녹습니다.

Cerrosafe

Cerrosafe는 비스무스 42.5%, 납 37.7%, 주석 11.3%, 카드뮴 8.5%의 혼합물입니다. 냉각 중 열팽창 특성으로 인해 많은 사람들이 참조 주조를 만드는 데 사용합니다. Cerrosafe는 처음 30분 동안 수축되므로 금형에서 쉽게 제거할 수 있습니다. 그런 다음 앞으로 며칠 동안 확장됩니다. 70°C(158°F)에서 88°C(190°F) 사이에서 녹습니다.

세로로우 136

이 공융 합금은 처음에는 팽창했다가 수축합니다. 터빈 블레이드, 제트 블레이드, 스프링클러 헤드, 밀봉 조정 나사 및 기타 여러 기계 부품을 제작하는 데 유용합니다. 융점은 57.8°C(136°F)이며 비스무트, 납, 인듐 및 주석을 함유하고 있습니다.

세로로우 117

이 비스무트 기반 공융 합금은 금형 및 공구 공장의 교정 주조, 저온 납땜 및 치과용 모형 제작에 유용합니다. 비스무트, 납, 인듐, 주석, 카드뮴으로 구성되어 있으며 47°C(117°F)에서 녹습니다.

저융점 금속은 어디에 사용되나요?

집에서 금속 조각품이나 기타 물건을 만들고 싶어하는 애호가들은 일반적으로 금, 은, 철과 같은 재료를 녹일 장비가 없습니다. 오븐은 대부분의 금속을 액화시킬 만큼 뜨겁지 않습니다.

또한, 저융점 금속은 고온에서 녹을 플라스틱 주형에 주조하는 데 유용합니다. 대부분의 3D 프린터는 플라스틱을 매체로 사용하므로 가용성 합금은 3D 프린터를 사용하여 금형을 만드는 것과 잘 어울립니다.

주조에 저융점 금속을 사용하는 것도 전반적으로 더 안전합니다. 많은 사람들이 여전히 심각한 화상을 입을 수 있지만, 예를 들어 갈륨은 30°C(86°F)에서만 액체가 되어 취급하기에 안전합니다.

금속과 3D 프린팅의 융합

최근 주조용 금속에 좀 더 익숙해진 사람이라면 누구나 금속을 3D 프린팅에 사용하는 사례를 거의 확실히 접했을 것입니다. 이 제작 방법은 많은 기존 옵션보다 훨씬 효율적이며 사용자에게 더 많은 사용자 정의 옵션을 제공합니다. 3D 프린팅이 금속 주조를 어떻게 개선했는지에 대한 최근 사례와 사람들이 이러한 개념을 제조 방법을 넘어서는 응용 분야에 어떻게 적용할 수 있는지 보여주는 또 다른 사례를 살펴보겠습니다.

금속 주조를 더욱 저렴하게 만들기

한 예에서, 한 대학 팀은 기존 주조의 대안으로 Lost-PLA 방법을 조사했습니다. 전통적인 접근 방식은 일반적으로 사람들이 모래 주형에 배치하는 스티로폼 모형을 만들고 그 모양에 용융 금속을 붓는 과정을 포함하는 손실 거품 공정을 사용합니다. 스티로폼은 용융 금속의 열로 인해 용해되어 음의 공간을 남깁니다. 이는 효과적인 주조 방법이지만 스티로폼이 필요하기 때문에 비용과 시간이 많이 소요됩니다.

Lost-PLA 방식은 PLA 필라멘트 롤과 3D 프린터를 사용하여 보다 저렴하게 정밀한 금형을 제작하는 방식입니다. 필라멘트는 융점이 낮고 비용도 동일하므로 단기 금속 주조 프로젝트에 이상적입니다.

이 예는 혁신이 반드시 과거의 모든 방법을 포기하는 것을 의미하지는 않는다는 것을 보여줍니다. 대신 사람들은 눈에 띄는 단점이 있는 측면에 집중하여 3D 프린터를 포함한 신기술로 이를 해결할 수 있습니다.

상온에서 3D 프린팅 물체를 위한 금속 젤 개발

갈륨과 인듐은 두 가지 저융점 금속이며 둘 다 3D 프린터를 사용하여 실온에서 금속 물체를 만들 수 있는 기회를 여는 혁신에서 중요한 역할을 했습니다. 이러한 노력은 연구자들이 물에 부유하는 미크론 규모의 구리 입자 용액을 사용하면서 시작되었습니다. 그런 다음 그들은 실온에서 액체인 인듐-갈륨 합금을 추가하고 두 구성 요소를 혼합하여 혼합했습니다.

이러한 작용으로 인해 구리 입자와 액체 금속이 서로 달라붙어 수용액 내부에 금속 젤이 형성됩니다. 과학자들은 또한 젤 내 구리 입자의 균일한 분포가 3D 프린터를 막힐 수 있는 문제를 방지한다는 것을 밝혔습니다.
연구진은 이 방법을 통해 금속 함량이 최대 97.5%이고 전도성이 높은 제품을 인쇄할 수 있음을 확인했습니다. 금속 주조는 가까운 미래에도 계속 유효할 것이지만, 사람들은 또한 새로운 요구 사항을 충족할 수 있는 다른 방법을 찾기 위해 저융점 금속에 대해 알고 있는 지식을 적용해야 합니다.